SE529267C2 - Styrstav för en nukleär anläggning - Google Patents

Description

529 267 ¿;; _tormaterial bestämmas noggrant. Normalt fylls utrymmet till cirka 70% med borkarbid. Med en sådan fyllnadsgrad av utrym- met finns det plats för den heliumgas som bildas under ab- sorptionsprocessen. En sådan begränsad fyllningsgrad av ab- sorbatormaterial i nämnda utrymme resulterar i en motsvaran- de begränsning av styrstavens neutronabsorberande förmåga.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en styrstav med en konstruktion som medger en reducering av det gastryck som bildas i styrstavens utrymmen, som innehåller absorbatormaterial, under en absorptionsprocess av termiska neutroner.

De ovan angivna syftet uppnås genom att styrstaven innefat- tar ett filterorgan som medger en diffusion av det gasformi- ga ämnet genom filterorganet och ut från utrymmet samtidigt som det förhindrar en diffusion av vatten in i utrymmet. Så snart som absorbatormaterialet absorberar neutroner under drift av den nukleära anläggningen bildas således ett gas- formigt ämne och trycket stiger inuti styrstavens slutna ut- rymme som innefattar absorbatormaterialet. Filterorganet har här således funktionen att medge en passage av den bildade gasen ut från utrymmet och till omgivningen. Härvid förhind- ras på ett effektivt sätt att trycket inuti utrymmet blir alltför högt. Skillnaden i tryck mellan utrymmet och omgiv- ningen utgör en naturlig drivkälla som trycker gasen genom filterorganet och ut till omgivningen. Filterorganet måste även ha egenskapen att förhindra vattnet som omger styrsta- ven att tränga in i utrymmet genomifilterorganet. Med an- vändning av ett sådant filterorgan behöver inte fyllnadsgra- den av absorbatormaterialet i nämnda utrymme reduceras för att medge mottagning av det gasformiga ämnet. Styrstaven kan därvid ges en högre fyllnadsgrad av absorbatormaterial och styrstaven erhåller därmed än större neutronabsorberande _10 529 267 nnn nnn n n nn n nn nn nn nn I O n n n O n n n n n n n n n n n n o n n n n n n n n n n n n n n nnn n n n n n n nnnn n n n nnn n n n nnn n n n n n n n n n n n n n n n n n n n nn n nn nn förmåga och en längre driftlängd än en nwtsvarande konven- tionell styrstav.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfin-_ ning innefattar filterorganet ett material med en atomstruk- tur som innefattar passager, vilka har en storlek så att äm- nen som består av atomer eller molekyler vilka är mindre än storleken hos en vattenmolekyl endast medges att diffundera genom filterorganet. Ett material som har sådana dimensione- rade passager medger en diffusion av gasformiga eller väts- keformiga ämnen, vilka har en mindre atom eller molekylstor- lek än vattenmolekyler. Gasformiga ämnen j. nämnda utrymme som bildas under absorptionsprocessen kan härvid diffundera genom passagerna och ut från utrymmet. Passagernas begränsa- de storlek omöjliggör dock en diffusion av vattenmolekyler genom filterorganet i en motsatt riktning. Nämnda gasformiga -ämne är vanligtvis helium och filterorganets passager måste således ha åtminstone en storlek så att heliumatomer kan passera genom filterorganet. 100 pm. Eftersom helium har en så pass liten atomdiameter är det inte svårt att hitta fasta material med en atomstruktur som medger passage av helium.

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar filterorganet ett nætallmaterial. Me- taller uppvisar en kristallstruktur som. innefattar tätt packade atomer. Metaller eller nætallegeringar som innefat- tar relativt stora atomer uppvisar vanligtvis passager i kristallstrukturen av en storlek som medger passage av heli- umatomer. Alternativt kan filterorganet innefatta en oxid av en övergångsmetall. Andra alternativ är aluminiumoxid eller kiseldioxid. Aluminiumoxid är praktiskt taget olösligt i vatten och förekommer i ett flertal kristallina former. Ki-. seldioxid förekommer såväl i amorf form som i ett antal kristallina former. Enligt ett ytterligare alternativ 'kan filterorganet innefatta ett keramisk material. Keramiska ma- Heliwn har en atomdiameter av_ å529 267 terial utmärks av att de tål höga temperaturer och svåra ke- miska miljöer. Ett sådant keramiskt material kan innefatta kisel. Med en lämplig design av ett keramiskt material är det möjligt att dimensionera passagernas storlek så att ato- mer och molekyler upp till en viss storlek endast medges att passera. I vissa fall kan det vara lämpligt att filterorga- net innefattar blandningar av de ovan nämnda materialen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning har filterorganet en placering i styrstaven så att den utgör en förbindning mellan nämnda utrymme och en omgivning. Filterorganet innefattar således passager inom ett specifikt storleksområde som därvid sträcker sig mellan nämnda utrymme och omgivningen. Då trycket ökar i nämnda ut- rymme kommer de små heliumatomerna att tryckas ut genom fil- terorganets passager till omgivningen. De betydligt större vattenmolekylerna förhindras däremot att passera in via fil- trets alltför trånga passagerna. Med fördel är filterorganet fäst i styrstaven i en befintlig kanal som sträcker sig mel- lan nämnda utrymme och omgivningen. Genom att fästa filter- organet i en sådan redan befintlig kanal i styrstaven behö- ver endast mindre nmdifieringar göras av redan befintliga styrstavar. Företrädesvis fästs filterorganet medelst svets- ning i nämnda kanal. Därmed tillhandahåller filterorganet en . hållfast och tät infästning i styrstaven.

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar absorbatormaterialet bor. Absorbator- material innefatta med fördel borkarbid som används frekvent i styrstavar både i kokvattenreaktorer BWR och i tryckvat- tenreaktorer PWR. Borkarbid innefattar Bor-isotopen Bm. Bor- isotopen Bm har en stor absorberingsförmåga av termiska neu- troner. Med Bor-isotopen B10 som absorptionsmaterial bildas litium och helium. Det är således nödvändigt att filterorga- net medger en diffusion av det bildade heliumet under ab- sorptionsprocessen så att trycket inuti styrstaven inte blir lO .i 529 267 000 000 0 0 00 0 00 00 00 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 O 0 0 I I 0 0 0 0 0 0 0 0 n 0 c 0 0 0 0 0 0 0 000 0 0 0 0 0 0 0000 0 0 0 000 0 0 0 000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 -00 00 00 för högt. Det är även nödvändigt att filterorganet förhind- rar vatten att tränger in i utrymet där det annars reagerar med det bildade litiumet.

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är den nukleära anläggningen en kokarvattenreak-A tor BWR. Styrstavarna hos kokarvattenreaktorer innefattar fyra styrstavsblad som var och en vid ett yttre kantparti innefattar en första kanal som binder samman de borrade hå- len som är fyllda med absorbatormaterial. Den första kanalen är avsedd att utjämna tryckskillnader mellan de hålformade utrymmena. tenreaktorer således innefattar fyra styrstavsblad behöver således fyra filterorgan anordnas i en styrstav. Företrädes- vis är filterorganet anordnat vid mynningen hos en befintlig andra kanal som är förbunden med den första kanalen och an- vänds för att tillföra provtrycka utrymmet under tillverk- ning av styrstavsbladet. Denna andra kanals mynning pluggas hos en konventionell styrstav igen medelst en metallplugg.

Att istället plugga igen denna mynning med ett filterorgan med en motsvarande form och storlek tillför väsentligen ing- et extra arbete i jämförelse med tillverkning av en konven- tionell styrstav.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs såsom ett exempel en föredragen ut- föringsform av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig. 1 Fig. 2 visar en styrstav hos en kokarvattenreaktor och visar ett styrstavsblad hos en styrstav, vilket är försett med ett filterorgan enligt föreliggande uppfinning.

Eftersom konventionella styrstavar hos kokarvat- 529 267 000 000 0 0 00 0 00 00 00 00 I O O O O I O Q I C O I O O O O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 000 0 0 0 0 0 0 0000 0 0 0 000 0 0 0 000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0- 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 00 00 00 DETALJERAD BESKRIVNING AV EN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN Fig. l visar en styrstav 1 för styrning av neutronflödet i (BWR). stycken styrstavsblad 2 som var och en är riktade i en rät vinkel i förhållande till de angränsande styrstavsbladen 2. en kokarvattenreaktor Styrstaven 1. innefattar fyra Styrstavsbladen 2 innefattar ett flertal över varandra i ra- der uppborrade hål 3 som sträcker sig från ett fritt kant-W parti hos styrstavsbladen 2 och i riktning mot ett centrum, där styrstavsbladen 2 möts. Styrstavsbladen 2 är tillverkade av ett plàtmaterial som företrädesvis är av stål och har en tjocklek av 7-8 mm. Hålen 3 som är uppborrade i styrstavs- bladen 2 kan härvid ha en diameter av 5-6 mm. Hàlen 3 är fyllda med ett absorbatormaterial 4. Absorbatormaterialet kan vara utformat som solida långsträckta stavar 4. av ett neutronabsorberande material, såsom borkarbid, B43. Absorba- torstavarna 4 kan ha en längd av cirka 100 mm och ett vä- sentligen cirkulärt tvärsnitt så att de är införbara i hålen 3.

Fig. 2 visar ett styrstavsblad 2 av styrstaven l som visas i Fig. 1. en första làngsträckt kanal 5 som sträcker sig längs väsent- De över varandra i rader uppborrade hål 3 mynnar i ligen hela styrstavsbladets 2 fria kantparti. Den första långsträckta kanalen 5 är inrättad att förbinda de uppborra- de hålen 3 næd varandra så att en tryckutjämning erhålls mellan hålen 3. En andra kanal 6 sträcker sig från den för- sta kanalen 5 till en mynning vid ett nedre invändigt parti- hos styrstavsbladet 2. läcksökningskanal.

Den andra kanalen 6 är en befintlig Styrstavsbladet 2 förses under en tillverkningsprocess med en längsgående fräst urtagning vid det fria kantpartiet.

Därefter uppborras hålen. 3 i. urtagningen. i rader ovanför varandra. Absorbatorstavarna 4 anordnas i hålen 3. Därefter innesluts absorbatormaterialet genom att urtagningens skänk- 'varna 4 neutroner. 7529 267 ¿; lar valsas samman. Skänklarnas ändytor svetsas därefter ihop med en längsgående svetsfog så att en hermetisk och tryck- hàllfast förslutning bildas som utgör den första kanalen 5.

Alternativt kan den första kanalen 5 bildas genom att ett långsträckt täckelement svetsas fast över urtagningen längs styrstavsbladets fria kantyta. Täckelementet bildar härvid en väggyta hos den första kanalen 5. Efter svetsningsopera- tionen ansluts en vakuumpump till den andra kanalens 6 myn- t ning för att kontrollera att den första kanalen 5 och hålen 3 bildar ett hermetiskt tätt utrymme i styrstavsbladet 2.

Slutligen svetsas en tätande plugg fast vid den andra kana- lens 6 mynningu Enligt föreliggande uppfinning innefattar den tätande pluggen ett filterorgan 7. Filterorganet 7 inne- fattar ett material som har en atomstruktur med passager av en definierad storlek vilka sträcker sig nællan den andra kanalen 6 och omgivningen 8. Under drift av kokarvattenreak- torn utgörs styrstavsbladens 2 omgivning 8 av kylarvatten.

Under drift av kokarvattenreaktorn absorberar absorbatorsta- Härvid bildas iitium Olen helium. Filter- organet 7 innefattar således ett material med en atomstruk- tur med passager av en definierad storlek. Passagerna har en storlek så att helium, som består av relativt små atomer, medges att passera genom passagerna. Det helium som bildas under absorptionsprocessen i hålen 3 sprids så att det även fyller ut den första kanalen 5 och den andra kanalen 6. I takt med bildningen av helium stiger trycket och heliumato- merna trycks med hjälp av övertrycket ut genom filterorga- nets 7 passager till omgivningen 8. Det bildade heliumet un- der absorptionsprocessen kommer således successivt att ledas ut via filterorganet 7. Därmed förhfndras att alltför stora övertryck skapas i styrstavsbladens 2 slutna utrymmen. Hos konventionella styrstavsblad 2 fylls endast cirka 70% av hå- len 3 næd absorbatormaterial för att hàlens 3 återstående utrymme behövs för att uppta det helium som bildas under ab- sorptionsprocessen. Med föreliggande uppfinning kan styr- 0 0 n oo nu 0000 0 0 lll A529 267 oooøon n o o oooooo »oo- 0 O apan como 0 coon n n 0000 u o 0 0 0000 V oo 0 0 0 u 0 0 0010 0 0000 0 o 0 0 coon ao 0 0 0 I Q 1 ciao stavsbladens hål 3 erhålla en betydligt högre fyllnadsgrad av absorbatormaterial 4. Styrstavsbladen 2 erhåller därmed en större neutronabsorption och en längre livslängd än ett konventionellt styrstavsblad. Filterorganets 7 passager har en uppåt begränsad storlek som är så dimensionerad att vat- tenmolekyler förhindras att passera genom filterorganet 7.

Därmed säkerställs att det omgivande kylvattnet inte kan läcka in via filterorganet 7 passager till absorbatorstavar- na 4 och reagera med det litium som bildats under absorp- tionsprocessen.

Filterorganet 7 innefattar således ett material med en atom- struktur som innefattar passager av en storlek så att heli- umatomer medges att passera genom passagerna medan vattenmo- lekyler förhindras att passera genom filterorganet 7. Ett annat krav på filterorganet 7 är att det måste innefatta ett“ material som är helt beständigt i den miljö som råder i en nukleär anläggning och således inte påverkningsbart av det kylvattnet eller den strålning som här förekommer. Eftersom helium har en så pass liten atomradie är det inte svårt att hitta material som har en atomstruktur som släpper igenom heliumatomer. Filterorganet 7 kan härvid innefatta ett me- tallmaterial. Metaller uppvisar en kristallstruktur som in- nefattar tätt packade atomer. Metaller eller metallegeringar som innefattar relativt stora atomer uppvisar vanligtvis passager i kristallstrukturen av en storlek som medger pas- Det ska här noteras att styrstavsbla- den 2 också är tillverkade av ett metallmaterial. Detta ma- sage av heliumatomer. terial har emellertid sådana egenskaper och/eller en sådan tjocklek att genomsläppligheten för helium. och litiun1 är försumbar i förhållande till filterorganets genomsläpplighet för dessa gaser. Alternativt kan filterorganet 7 innefatta en oxid av en övergångsmetall. Andra alternativ är alumini- umoxid eller kiseldioxid. Aluminiumoxid är praktiskt taget olösligt i vatten och förekommer i ett flertal kristallina former. Kiseldioxid förekommer såväl i amorf form som i ett i529 267 ggn antal kristallina former. Filterorganet 7 kan även innefatta ett keramisk material. Keramiska material utmärks av att de tål höga temperaturer och svåra kemiska miljöer. Filterorga- net 7 kan även innefatta blandningar av de ovan nämnda mate- rialen.

Föreliggande uppfinning är på intet sätt begränsad till den på ritningarna framställda utföringsformen utan kan modifie- ras fritt inom patentkravens ramar. Uppfinningen är inte be: gränsad till en styrstav i en kokarvattenreaktor BWR utan den är även möjlig att tillämpa i en styrstav i en tryckvat- tenreaktor PWR.

Claims (12)

10 15 20 25 30 å 35 a 529 267 10 Patentkrav

1. Styrstav för en en kokarvattenreaktor, varvid styrstaven (I) är inrättad att vara anordnad i en härd, som innefattar ett antal bränslepatroner, och att vara i kontakt med ett, kylmedium som innefattar vatten, varvid styrstaven (l) inne- fattar-styrstavsblad (2) med ett flertal hål (3) som är in- rättade att fyllas med absorbatormaterial (4) absorption av neutroner under drift av den nukleära anlägg-A ningen och att dessa hål (3) är förbundna medelst en första kanal (5) och varvid absorbatormaterialet (4) har egenskapen att det alstrar åtminstone ett gasformigt ämne under nämnda absorptionsprocess, kännetecknad av att styrstaven (l) inne- fattar åtminstone ett filterorgan (7) som står i förbindelse med den första kanalen (5) och att det medger en diffusion , av det gasformiga ämnet genom filterorganet (7) och ut från den första kanalen (5) samtidigt som det förhindrar en dif- fusion av det omgivande vattnet in i den första kanalen (5);

2. Styrstav enligt krav l, kännetecknad av att filterorganet (7) innefattar ett material med en atomstruktur som innefat- tar passager, vilka har en storlek så att endast ämnen, som består av atomer eller molekyler som är mindre än storleken hos en vattenmolekyl, medges att diffundera genom filteror- ganet (7).

3. Styrstav enligt krav 2, kännetecknad av att filterorga- nets (7) passager har en storlek så att åtminstone helium- atomer medges att diffundera igenom.

4. Styrstav enligt något av föregående krav, kännetecknad av att filterorganet (7) innefattar ett metallmaterial.

5. Styrstav enligt något av föregående krav, kännetecknad av att filterorganet (7) innefattar en oxid av en övergàngsme- tall. för att medge» 10 15 20 25_ (529 267 ll

6. Styrstav enligt något av föregående krav, kännetecknad av att filterorganet (7) innefattar ett keramiskt material.

7. Styrstav enligt något av föregående krav,, kännetecknad 'ay att filterorganet (7) har en placering i styrstaven (1) (så att det utgör en förbindning mellan nämnda utrymme (3) och en omgivning (8).

8. Styrstav enligt krav 7, kännetecknad av att filterorganet (7) är fäst i styrstaven (l) i en befintlig kanal (5, 6) som sträcker sig mellan nämnda utrymme (3) och omgivningen (8).

9. Styrstav enligt krav 8, kännetecknad av att filterorganet är (7) fäst i styrstaven (1) medelst svetsning.

10. lO. Styrstav enligt något av föregående krav, kännetecknad ag att absorbatormaterialet (4) innefattar bor.

11. ll. Styrstav enligt krav 10, kännetecknad av att absorbator- materialet (4) innefattar Bor-isotopen Bm.

12. Styrstav enligt något av föregående krav, kännetecknad ay att filterorganet (7) är anordnat vid en mynningen hos en andra kanal (6) i styrstavsbladet (2), vilken andra kanal (6) står i förbindelse med den första kanalen (5) under tillverkning av och an- vänds för att provtrycka utrymmet (3) styrstavsbladet (2).